JP2010267363A - Semiconductor memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体設計技術に関し、特に、磁気トンネル接合素子(Magnetic Tunnel Junction device:MTJ)を用いた半導体メモリ装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor design technique, and more particularly to a semiconductor memory device using a magnetic tunnel junction device (MTJ).
一般的に、DRAM(Dynamic Random Access Memory)装置及びSRAM(Static Random Access Memory)装置は揮発性メモリ装置であって、電源が印加されない場合、メモリセルに格納されたデータを失うという欠点がある。したがって、最近では、不揮発性メモリ装置に関する研究が盛んに行われている。不揮発性メモリ装置の中には、磁気メモリ装置の一種であるMRAM(Magnetic Random Access Memory)装置があり、特に、MRAM装置は、不揮発性の特性のみならず、高集積化が可能で、かつ、高速動作及び低電力消費特性を有するので、次世代半導体メモリ装置として注目されている。 Generally, DRAM (Dynamic Random Access Memory) devices and SRAM (Static Random Access Memory) devices are volatile memory devices, and have a drawback in that data stored in memory cells is lost when power is not applied. Therefore, research on nonvolatile memory devices has been actively conducted recently. Among non-volatile memory devices, there is an MRAM (Magnetic Random Access Memory) device, which is a kind of magnetic memory device. In particular, the MRAM device has not only non-volatile characteristics but also high integration, and Since it has high-speed operation and low power consumption characteristics, it is attracting attention as a next-generation semiconductor memory device.
MRAM装置のメモリセルは、外部から印加されるアドレス信号に対応してスイッチング動作を行う1つのトランジスタと、情報を格納する磁気トンネル接合素子(MTJ)とから構成される。磁気メモリ素子の一種である磁気トンネル接合素子(MTJ)は、2つの強磁性体の磁化方向によって磁気抵抗比(Magnet−to−Resistance:MR)が異なるが、MRAM装置は、この磁気抵抗比の変化に応じた電流を感知することで、磁気トンネル接合素子の内部に格納されたデータの論理状態が「1」なのか「0」なのかを判断する。 A memory cell of the MRAM device includes one transistor that performs a switching operation in response to an externally applied address signal, and a magnetic tunnel junction element (MTJ) that stores information. A magnetic tunnel junction element (MTJ), which is a kind of magnetic memory element, has different magnetoresistance ratios (MRs) depending on the magnetization directions of two ferromagnetic materials. By sensing the current corresponding to the change, it is determined whether the logical state of the data stored in the magnetic tunnel junction element is “1” or “0”.
図1は、従来の半導体メモリ装置のメモリセル構造を説明する図である。 FIG. 1 is a diagram for explaining a memory cell structure of a conventional semiconductor memory device.
図1に示すように、メモリセルは、1つのNMOSトランジスタ110と、1つの磁気トンネル接合素子(MTJ)130とから構成される。
As shown in FIG. 1, the memory cell includes one
NMOSトランジスタ110は、ソースラインSLと磁気トンネル接合素子130との間にソース・ドレイン経路が形成され、ワードラインWLにゲートが接続され、ワードラインWLの活性化の有無によってターンオン/ターンオフされる。このとき、ワードラインWLは、ローアドレスによって選択される。
In the
磁気トンネル接合素子130は、自由膜(free layer)132と、トンネル絶縁膜134と、ピンド膜(pinned layer)136とから構成される。ここで、自由膜132は、強磁性体からなり、外部刺激(例えば、磁気トンネル接合素子130を透過する電流)によって磁化方向が変化するが、ピンド膜136は、外部刺激が与えられても磁化方向は変化しない。なお、ピンド膜136は、反強磁性体からなるピンニング膜(図示せず)によって磁化方向が固定され、トンネル絶縁膜134は、例えば、酸化マグネシウム膜(MgO)で形成され得る。
The magnetic
このような磁気トンネル接合素子130には、両端にかかる電圧に応じて透過電流(tunneling current)が流れるが、この電流の方向によって自由膜132の磁化方向が決定される。自由膜132の磁化方向がピンド膜136の磁化方向と一致する場合には、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は小さくなり、自由膜132の磁化方向がピンド膜136の磁化方向と一致しない場合には、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は大きくなる。一般的に、自由膜132の磁化方向とピンド膜136の磁化方向とが一致する状態はデータ「0」に相当し、その逆の場合はデータ「1」に相当する。
A tunneling current flows through the magnetic
つまり、ピンド膜136と対をなす自由膜132に所定の大きさ以上の正の電圧を印加して、自由膜132に臨界電流以上の正の電流が流れる場合には、自由膜132の磁化方向とピンド膜136の磁化方向とは一致する。すなわち、データ「0」の書込み動作が行われ、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は小さくなる。これとは逆に、ピンド膜136と対をなす自由膜132に所定の大きさ以上の負の電圧を印加して、自由膜132に臨界電流以上の大きさの負の電流が流れる場合には、自由膜132の磁化方向とピンド膜136の磁化方向とは互いに逆になる。すなわち、データ「1」の書込み動作が行われ、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は大きくなる。
That is, when a positive voltage of a predetermined magnitude or more is applied to the
図2は、図1に示す磁気トンネル接合素子のトンネル磁気抵抗(Tunnel Magnet−to−Resistance:TMR)特性の温度依存性を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the temperature dependence of the tunnel magnetoresistance (TMR) characteristics of the magnetic tunnel junction element shown in FIG.
図2に示すように、磁気トンネル接合素子130は、ヒステリシス(hysteresis)を有し、臨界電流以上の大きさの正または負の電流により、抵抗値が小さい状態と、抵抗値が大きい状態との2つの安定した状態を有する。これらの安定した状態は、電圧が印加されなくても維持される。
As shown in FIG. 2, the magnetic
一方、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は温度に応じて変化する。特に、磁化方向が互いに逆の状態で温度が上昇すると、抵抗値が低くなることが分かる。すなわち、トンネル磁気抵抗特性は温度に応じて変化する。温度に応じて変化するトンネル磁気抵抗特性の変化は、データ「1」および「0」の抵抗値の差を次第に小さくするので、磁気トンネル接合素子130が大きい抵抗値を維持するか小さい抵抗値を維持するかの判断を困難にするという問題を引き起こす。これは、半導体メモリ装置の読出し動作時に、格納されたデータを正確に読出せないという誤動作につながる。
On the other hand, the resistance value of the magnetic
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、データの読出し動作時に、磁気トンネル接合素子に流れる電流を温度に応じて制御することが可能な半導体メモリ装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of controlling the current flowing through the magnetic tunnel junction element according to the temperature during a data read operation. Is to provide.
上記の目的を達成するための本発明の一形態に係る半導体メモリ装置は、第1駆動ライン及び第2駆動ラインに流れる電流の方向に対応する論理状態のデータを格納する複数のメモリセルと、所定の大きさの読出し電流を生成して前記複数のメモリセルに供給し、前記データに応じた前記読出し電流の変化量をデータ電流として生成する電流生成手段と、前記読出し電流の電流経路上に接続され、温度情報に応じて前記読出し電流の電流量を制御する電流制御手段と、を備える。 In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of memory cells that store data in a logic state corresponding to directions of currents flowing through a first drive line and a second drive line; A current generation unit configured to generate a read current of a predetermined magnitude and supply the read current to the plurality of memory cells, and to generate a change amount of the read current according to the data as a data current; and on a current path of the read current Current control means connected to control the amount of the read current according to temperature information.
上記の目的を達成するための本発明の他の形態に係る半導体メモリ装置は、ソースライン及びビットラインに流れる電流の方向に対応する論理状態のデータを格納する複数のメモリセルと、所定の大きさの読出し電流を生成して前記複数のメモリセルに供給し、前記データに応じた前記読出し電流の変化量をデータ電流として生成するセル電流生成手段と、前記読出し電流の電流経路上に接続され、温度情報に応じて前記読出し電流の電流量を制御する電流制御手段と、基準ソースライン及び基準ビットラインに流れる電流の方向に対応する論理状態の基準データを格納する複数の基準メモリセルグループと、所定の大きさの電流を生成して前記複数の基準メモリセルに供給し、前記基準データに対応する基準電流を生成する基準電流生成手段と、前記基準電流生成手段から前記複数の基準メモリセルに供給される前記電流を、前記温度情報に応じて制御する基準電流制御手段と、前記データ電流と前記基準電流とを感知して増幅する感知増幅手段と、を備える。 In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of memory cells that store data in a logic state corresponding to the direction of current flowing in a source line and a bit line, and a predetermined size. A read current is generated and supplied to the plurality of memory cells, and a change amount of the read current according to the data is generated as a data current; and connected to a current path of the read current. Current control means for controlling a current amount of the read current according to temperature information, and a plurality of reference memory cell groups for storing reference data of logic states corresponding to directions of currents flowing in the reference source line and the reference bit line, Generating a reference current corresponding to the reference data by generating a current having a predetermined magnitude and supplying the current to the plurality of reference memory cells. And a reference current control means for controlling the current supplied from the reference current generating means to the plurality of reference memory cells according to the temperature information, and detecting and amplifying the data current and the reference current. Sense amplification means.
本発明は、データの読出し動作時に、磁気トンネル接合素子に流れる読出し電流を温度に応じて制御することにより、半導体メモリ装置に備えられる磁気接合素子のトンネル磁気抵抗特性を改善することができる。 The present invention can improve the tunnel magnetoresistance characteristics of the magnetic junction element provided in the semiconductor memory device by controlling the read current flowing through the magnetic tunnel junction element according to the temperature during the data read operation.
本発明によると、磁気接合素子が有するトンネル磁気抵抗特性の温度依存性を改善して、温度が変化しても安定したデータの読出し動作を行うことにより、半導体メモリ装置の信頼性を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the reliability of the semiconductor memory device by improving the temperature dependency of the tunnel magnetoresistive characteristic of the magnetic junction element and performing a stable data reading operation even when the temperature changes. it can.
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施することができる程度に詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings to such an extent that those skilled in the art to which the present invention pertains can practice the present invention.
図3は、本発明に係る半導体メモリ装置のブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram of a semiconductor memory device according to the present invention.
図3に示すように、半導体メモリ装置は、電流生成部310と、電流制御部330と、メモリセルアレイ350とを備える。
As shown in FIG. 3, the semiconductor memory device includes a
電流生成部310は、読出し動作用の所定の大きさの読出し電流I_RDを生成して、メモリセルアレイ350に供給する。また、電流生成部310は、読出し電流I_RDの変化量を表すデータ電流I_DATを生成する。ここで、読出し電流I_RDの電流量は、メモリセルアレイ350に格納されているデータに応じて変化し、データ電流I_DATの電流量は、メモリセルアレイ350に格納されているデータに応じて決定される。なお、後述するように、本発明に係る半導体メモリ装置は、このように生成されたデータ電流I_DATと基準電流I_REF(図参照)とを比較して、メモリセルアレイ350に格納されたデータを判断する。
The
電流制御部330は、読出し電流I_RDの電流経路上に接続され、温度情報INF_TMPに応じて、メモリセルアレイ350に供給する読出し電流I_RDの電流量を制御する。電流制御部330は、温度情報INF_TMPに対応する電流制御信号CTR_Iを生成する制御信号生成部332と、電流制御信号CTR_Iに応答して読出し電流I_RDの電流量を調整する電流調整部334とを備える。ここで、温度情報INF_TMPは、半導体メモリ装置の外部または内部で生成される信号である。
The
メモリセルアレイ350は磁気トンネル接合素子を備え、ソースラインSLおよびビットラインBLに流れる電流の方向に対応する論理状態のデータを、磁気トンネル接合素子に格納する。メモリセルアレイ350に関するデータの書込み動作及び読出し動作は、図5で詳細に説明する。
The
図4は、図3に示す制御信号生成部332のブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of the
図4に示すように、制御信号生成部332は、複数のバイアス電圧V_BIAS0、V_BIAS1、…V_BIASnを生成する電圧生成部410と、温度情報INF_TMPに対応する選択信号SEL<0:N>(ここで、Nは自然数であり、例えばN=n)を生成する選択信号生成部430と、選択信号SEL<0:N>に応じて複数のバイアス電圧V_BIAS0、V_BIAS1、…V_BIASnのいずれか1つを電流制御信号CTR_Iとして出力する多重化部450とを備える。
4, the control
ここで、複数のバイアス電圧V_BIAS0、V_BIAS1、…V_BIASnは、それぞれが互いに異なる電圧レベルを有し、選択信号SEL<0:N>は、温度情報INF_TMPに応じて互いに異なる値を有する。よって、選択信号SEL<0:N>には、複数のバイアス電圧V_BIAS0、V_BIAS1、…V_BIASnのいずれかを選択することが可能である。これにより、制御信号生成部332は、温度情報INF_TMPに対応するバイアス電圧を電流制御信号CTR_Iとして出力することが可能である。
Here, the plurality of bias voltages V_BIAS0, V_BIAS1,... V_BIASn have different voltage levels, and the selection signals SEL <0: N> have different values according to the temperature information INF_TMP. Therefore, it is possible to select any of a plurality of bias voltages V_BIAS0, V_BIAS1,... V_BIASn as the selection signal SEL <0: N>. Thereby, the control
図5は、本発明に係る半導体メモリ装置の回路図である。図5には、図3に示す制御信号生成部332を除く部分に対応する回路図が示されている。
FIG. 5 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to the present invention. FIG. 5 shows a circuit diagram corresponding to a portion excluding the control
図5に示すように、半導体メモリ装置は、複数のメモリセル510Aと、複数の基準メモリセル510Bと、第1書込み駆動部530A及び第2書込み駆動部530Bと、セル電流生成部550Aと、基準電流生成部550Bと、第1電流調整部570A及び第2電流調整部570Bと、感知増幅部590とを備える。
As shown in FIG. 5, the semiconductor memory device includes a plurality of
なお、図3において説明したように、本発明に係る半導体メモリ装置は、温度情報INF_TMPに応じて、メモリセルアレイ350に供給する読出し電流I_RDの電流量を制御する。図5に示す半導体メモリ装置では、このような特徴を複数のメモリセル510Aに適用するだけでなく、複数の基準メモリセル510Bにも適用している。つまり、図3の電流生成部310は、図5のセル電流生成部550A及び基準電流生成部550Bに対応し、図3の電流調整部334は、図5の第1電流調整部570A及び第2電流調整部570Bに対応し、メモリセルアレイ350は、複数のメモリセル510A及び複数の基準メモリセル510Bに対応する。
As described with reference to FIG. 3, the semiconductor memory device according to the present invention controls the amount of read current I_RD supplied to the
以下、図5の各構成要素について説明する。 Hereinafter, each component in FIG. 5 will be described.
複数のメモリセル510Aは、データを格納するためのものであり、図1に示すような、それぞれのアドレス信号に対応してスイッチング動作を行うNMOSトランジスタNMと、データを格納する磁気トンネル接合素子MTJとをそれぞれ備える。複数のメモリセル510Aの各々は、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnに対応し、ソースラインSLとビットラインBLとの間に接続される。複数のメモリセル510Aに関するデータの書込み動作及び読出し動作については後述する。
The plurality of
第1書込み駆動部530Aは、ソースライン駆動部530A_1及びビットライン駆動部530A_2を備え、データに応じてソースラインSLとビットラインBLとを駆動する。
The
ここで、ソースライン駆動部530A_1は、データに応答してソースラインSLをコア電圧VCOREまたは接地電圧VSSで駆動し、ビットライン駆動部530A_2は、データに応答してビットラインBLをコア電圧VCOREまたは接地電圧VSSで駆動する。 Here, the source line driver 530A_1 drives the source line SL with the core voltage VCORE or the ground voltage VSS in response to data, and the bit line driver 530A_2 sends the bit line BL with the core voltage VCORE in response to data. It is driven by the ground voltage VSS.
以下、複数のメモリセル510Aに関するデータの書込み動作を説明する。説明の便宜上、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnのうち、書込み動作を行うメモリセルに対応するいずれか1つのワードラインが活性化される場合を説明する。ビットライン選択信号BSは書込み動作時に活性化されるので、ビットラインBLは、ビットライン駆動部530A_2によって駆動され得る。
Hereinafter, a data write operation related to the plurality of
まず、データ「1」の書込み動作時には、ソースライン駆動部530A_1は、ソースラインSLをコア電圧VCOREで駆動し、ビットライン駆動部530A_2は、ビットラインBLを接地電圧VSSで駆動する。したがって、電流は、ソースラインSLから磁気トンネル接合素子MTJを経てビットラインBLに流れ、図1を参照して説明したように、メモリセルにはデータ「1」が格納される。 First, at the time of writing data “1”, the source line driver 530A_1 drives the source line SL with the core voltage VCORE, and the bit line driver 530A_2 drives the bit line BL with the ground voltage VSS. Therefore, a current flows from the source line SL to the bit line BL through the magnetic tunnel junction element MTJ, and data “1” is stored in the memory cell as described with reference to FIG.
次に、データ「0」の書込み動作時には、ソースライン駆動部530A_1は、ソースラインSLを接地電圧VSSで駆動し、ビットライン駆動部530A_2は、ビットラインBLをコア電圧VCOREで駆動する。したがって、電流は、ビットラインBLから磁気トンネル接合素子MTJを経てソースラインSLに流れ、メモリセルにはデータ「0」が格納される。 Next, at the time of writing data “0”, the source line driver 530A_1 drives the source line SL with the ground voltage VSS, and the bit line driver 530A_2 drives the bit line BL with the core voltage VCORE. Therefore, current flows from the bit line BL to the source line SL through the magnetic tunnel junction element MTJ, and data “0” is stored in the memory cell.
一方、複数の基準メモリセル510Bは、基準電流I_REFを生成するためのものであり、複数のメモリセル510Aと類似する構成を有し、1つのワードラインに対応して、2つの基準メモリセルがグループ化されて配置される。説明の便宜上、複数の基準メモリセル510Bのうち、1つのワードラインに対応する2つの基準メモリセルを「基準メモリセルグループ」と称する。
On the other hand, the plurality of
通常、半導体メモリ装置を製品化する前には、すべての基準メモリセルグループに備えられる2つの基準メモリセルには、データ「1」データとデータ「0」とが格納されていなければならない。すなわち、各基準メモリセルグループに含まれる2つの基準メモリセルのうち、一方の基準メモリセルは、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHになるべきであり、他方の基準メモリセルは、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLになるべきである。すべての基準メモリセルグループに互いに異なる論理状態のデータ「0」および「1」を格納しなければならない理由は、磁気トンネル接合素子が図2に示す抵抗値の変化特性を有するからである。複数の基準メモリセル510Bは、選択されたメモリセルの抵抗値の変化状態に基づいて、この変化状態に対応する基準電流I_REFを生成できるように、データ「0」とデータ「1」とを格納しなければならない。複数の基準メモリセル510Bに関するデータの書込み動作及び読出し動作は後述する。
In general, before commercializing a semiconductor memory device, data “1” and data “0” must be stored in two reference memory cells provided in all reference memory cell groups. That is, of the two reference memory cells included in each reference memory cell group, one reference memory cell should be a magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value, and the other reference memory cell should have a small resistance. It should be a magnetic tunnel junction element RL having a value. The reason why data “0” and “1” having different logic states must be stored in all the reference memory cell groups is that the magnetic tunnel junction element has the resistance value variation characteristic shown in FIG. The plurality of
第2書込み駆動部530Bは、第1ライン駆動部530B_1及び第2ライン駆動部530B_2を備え、データ「1」およびデータ「0」を複数の基準メモリセル510Bに格納する。
The
ここで、第1ライン駆動部530B_1は、格納するデータに応じて基準ソースラインREF_SLをコア電圧VCOREまたは接地電圧VSSで駆動し、第2ライン駆動部530B_2は、格納するデータに応じて第1基準ビットラインREF_BL1及び第2基準ビットラインREF_BL2をコア電圧VCOREまたは接地電圧VSSで駆動する。 Here, the first line driver 530B_1 drives the reference source line REF_SL with the core voltage VCORE or the ground voltage VSS according to the stored data, and the second line driver 530B_2 receives the first reference according to the stored data. The bit line REF_BL1 and the second reference bit line REF_BL2 are driven by the core voltage VCORE or the ground voltage VSS.
以下、基準メモリセル510Bに関するデータの書込み動作を説明する。説明の便宜上、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnのうち、いずれか1つのワードラインが活性化される場合を説明する。
Hereinafter, a data write operation related to the
まず、データ「1」の書込み動作時には、第1駆動制御信号REF_Hが論理ハイになり、第1NMOSトランジスタNM1がターンオンされる。この状態で、第1ライン駆動部530B_1は、基準ソースラインREF_SLをコア電圧VCOREで駆動し、第2ライン駆動部530B_2は、第1基準ビットラインREF_BL1を接地電圧VSSで駆動する。したがって、電流は、基準ソースラインREF_SLから磁気トンネル接合素子RHを経て第1基準ビットラインREF_BL1に流れ、磁気トンネル接合素子RHにはデータ「1」が格納される。すなわち、磁気トンネル接合素子RHは大きい抵抗値を有する。 First, during the data “1” write operation, the first drive control signal REF_H becomes logic high, and the first NMOS transistor NM1 is turned on. In this state, the first line driver 530B_1 drives the reference source line REF_SL with the core voltage VCORE, and the second line driver 530B_2 drives the first reference bit line REF_BL1 with the ground voltage VSS. Accordingly, the current flows from the reference source line REF_SL through the magnetic tunnel junction element RH to the first reference bit line REF_BL1, and data “1” is stored in the magnetic tunnel junction element RH. That is, the magnetic tunnel junction element RH has a large resistance value.
次に、データ「0」の書込み動作時には、第2駆動制御信号REF_Lが論理ハイになり、第2NMOSトランジスタNM2がターンオンされる。この状態で、第1ライン駆動部530B_1は、基準ソースラインREF_SLを接地電圧VSSで駆動し、第2ライン駆動部530B_2は、第2基準ビットラインREF_BL2をコア電圧VCOREで駆動する。したがって、電流は、第2基準ビットラインREF_BL2から磁気トンネル接合素子RLを経て基準ソースラインREF_SLに流れ、磁気トンネル接合素子RLにはデータ「0」が格納される。すなわち、磁気トンネル接合素子RLは小さい抵抗値を有する。 Next, during the write operation of data “0”, the second drive control signal REF_L becomes logic high, and the second NMOS transistor NM2 is turned on. In this state, the first line driver 530B_1 drives the reference source line REF_SL with the ground voltage VSS, and the second line driver 530B_2 drives the second reference bit line REF_BL2 with the core voltage VCORE. Accordingly, the current flows from the second reference bit line REF_BL2 to the reference source line REF_SL through the magnetic tunnel junction element RL, and data “0” is stored in the magnetic tunnel junction element RL. That is, the magnetic tunnel junction element RL has a small resistance value.
複数の基準メモリセル510Bは、この動作により、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHと、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLとを有する。つまり、1つのワードラインに対応する基準メモリセルグループにデータ「1」および「0」を格納するためには、1つのワードラインが活性化されて、第1駆動制御信号REF_H及び第2駆動制御信号REF_Lによって格納先の基準メモリセルを選択した後、第1ライン駆動部530B_1及び第2ライン駆動部530B_2が動作しなければならない。その後、他の基準メモリセルグループにデータ「1」および「0」を格納するためには、格納先の基準メモリセルに対応するワードライン毎に上記の動作を繰り返す。
By this operation, the plurality of
セル電流生成部550Aは、カレントミラー(current mirror)回路で構成され、複数のメモリセル510Aのうち、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnによって選択されたメモリセルに対応するデータ電流I_DATを生成する。ここで、セル電流生成部550Aは、データ電流I_DATのみならず、読出し電流I_RDも生成するが、カレントミラー構造により、読出し動作時における読出し電流I_RDの変化量はデータ電流I_DATに反映される。
The cell
基準電流生成部550Bは、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnによって選択された基準メモリセルグループに対応する基準電流I_REFを生成する。ここで、基準電流I_REFの電流量は、選択された基準メモリセルグループに流れる電流量の約半分である。すなわち、基準電流I_REFは、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHに流れる電流量と、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLに流れる電流量とを合わせた量の半分の電流量を有する。
The reference
なお、セル電流生成部550A及び基準電流生成部550Bは、読出し動作時に活性化される電流供給制御信号CSEに応答してイネーブルされる。
Note that the cell
第1電流調整部570Aは、電流制御信号CTR_Iをゲート入力とする第3NMOSトランジスタNM3を備え、電流制御信号CTR_Iに応答して、セル電流生成部550Aで生成される読出し電流I_RDの電流量を調整し、これを複数のメモリセル510Aに伝達する。ここで、第1電流調整部570Aは、セル電流生成部550Aと複数のメモリセル510Aとの間にソース・ドレイン経路を形成する。本発明に係る半導体メモリ装置において、電流制御信号CTR_Iの電圧レベルは、温度情報INF_TMPに応じて決定される。これはつまり、読出し電流I_RDが温度に応じて制御可能であることを意味する。
The first
第2電流調整部570Bは、基準電流生成部550Bと複数の基準メモリセル510Bとの間に接続された第4NMOSトランジスタNM4および第5NMOSトランジスタNM5を備える。第2電流調整部570Bは、電流制御信号CTR_Iに応答して、基準電流生成部550Bで生成される電流を調整し、これを複数の基準メモリセル510Bに伝達する。ここで、第4NMOSトランジスタNM4は、基準電流生成部550Bと第1基準ビットラインREF_BL1との間にソース・ドレイン経路を形成し、電流制御信号CTR_Iをゲート入力とし、第5NMOSトランジスタNM5は、基準電流生成部550Bと第2基準ビットラインREF_BL2との間にソース・ドレイン経路を形成し、電流制御信号CTR_Iをゲート入力とする。第2電流調整部570Bは、第1電流調整部570Aと同じように、複数の基準メモリセル510Bに流す電流量を、温度に応じて制御することができる。
The second
感知増幅部590は、データ電流I_DATと基準電流I_REFとを感知して増幅する。すなわち、感知増幅部590は、選択されたワードラインに対応する基準メモリセルグループの基準電流I_REFと、選択されたワードラインに対応するメモリセルのデータに応じて変化するデータ電流I_DATとを受信し、これら基準電流I_REFとデータ電流I_DATとを比較して、比較結果を出力する。これにより、半導体メモリ装置は、メモリセルに格納されたデータの論理状態を判断することができる。
The
以下、複数のメモリセル510Aに関するデータの読出し動作を説明する。説明の便宜上、第1ワードラインWL1が活性化される場合を説明する。読出し動作時には、読出し活性化信号RDも活性化される。
Hereinafter, a data read operation related to the plurality of
まず、第1ワードラインWL1が活性化されると、メモリセル510A内の該当するNMOSトランジスタNMがターンオンされ、メモリセル510A内の該当する磁気トンネル接合素子MTJに格納されているデータに応じて、セル電流生成部550Aにおいて生成される読出し電流I_RDの電流量が決定される。ここで、磁気トンネル接合素子に格納されているデータが「1」であれば、磁気トンネル接合素子の抵抗値が大きいことを意味し、読出し電流I_RDは小さくなる。磁気トンネル接合素子に格納されているデータが「0」であれば、磁気トンネル接合素子の抵抗値が小さいことを意味し、読出し電流I_RDは大きくなる。本発明では、このような読出し電流I_RDを、温度情報INF_TMPに対応する電流制御信号CTR_Iの電圧に応じて再調整する。次に、読出し電流I_RDの電流量はデータ電流I_DATに反映され、データ電流I_DATは、感知増幅部590に伝達される。なお、セル選択信号YIは、カラムアドレスに対応して活性化される。
First, when the first word line WL1 is activated, the corresponding NMOS transistor NM in the
一方、第1ワードラインWL1が活性化されると、基準メモリセルグループ内の該当する2つのNMOSトランジスタがターンオンされ、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHと、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLとを経て、基準ソースラインREF_SLに電流が流れる。これにより、第1ワードラインWL1に対応して配置された、抵抗値の大きい磁気トンネル接合素子RHと抵抗値の小さい磁気トンネル接合素子RLとを介して電流が流れ、基準電流生成部550Bは、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHに流れる電流量と、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLに流れる電流量とを合わせた量の約半分の電流量を有する基準電流I_REFを生成する。本発明では、複数の基準メモリセル510Bに供給される電流量を、電流制御信号CTR_Iの電圧に応じて制御可能である。なお、基準セル活性化信号YREFは、読出し動作時に活性化されて、基準電流I_REFを感知増幅部590に伝達する。
On the other hand, when the first word line WL1 is activated, two corresponding NMOS transistors in the reference memory cell group are turned on, and a magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value and a magnetic tunnel junction having a small resistance value. A current flows through the reference source line REF_SL through the element RL. As a result, a current flows through the magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value and the magnetic tunnel junction element RL having a small resistance value, which are arranged corresponding to the first word line WL1, and the reference
次に、感知増幅部590は、第1ワードラインWL1に対応して選択されたメモリセル510Aのデータ電流I_DATと、第1ワードラインWL1に対応して選択された抵抗値の大きい磁気トンネル接合素子RH及び抵抗値の小さい磁気トンネル接合素子RLの基準電流I_REFとを感知して、それらの差を増幅する。半導体メモリ装置は、上記した動作過程によって読出し動作を行う。
Next, the
上述のように、本発明に係る半導体メモリ装置は、複数のメモリセル510Aに印加される読出し電流I_RDの電流量を、温度に応じて制御することが可能である。したがって、複数のメモリセル510Aに備えられる磁気トンネル接合素子が図2に示すような温度による抵抗値の変化特性を有しても、読出し電流I_RDの電流量を制御することにより、読出し電流I_RDに温度補償動作が反映され、これにより、データをより明確に判断することが可能である。
As described above, the semiconductor memory device according to the present invention can control the amount of the read current I_RD applied to the plurality of
また、本発明に係る半導体メモリ装置は、複数の基準メモリセル510Bに印加される電流量も、温度に応じて制御することが可能である。したがって、これに対応する基準電流I_REFに温度補償動作を反映することができる。
Further, the semiconductor memory device according to the present invention can also control the amount of current applied to the plurality of
以上、本発明の技術的思想を上記の実施形態により具体的に説明したが、上記した実施形態は、本発明を説明するためのものであって、本発明を制限するためのものではないことに留意しなければならない。また、本発明の技術分野における通常の専門家であれば、本発明の技術的思想の範囲内で様々な置換、変形及び変更により多様な実施形態が具現可能であることを理解することができる。 The technical idea of the present invention has been specifically described by the above embodiment, but the above embodiment is for explaining the present invention and not for limiting the present invention. You must keep in mind. In addition, a general expert in the technical field of the present invention can understand that various embodiments can be implemented by various substitutions, modifications, and changes within the scope of the technical idea of the present invention. .
それだけでなく、上記の実施形態で例示した論理ゲート及びトランジスタは、入力される信号の論理状態に応じてその位置及び種類が異なるように具現されてもよい。 In addition, the logic gates and transistors exemplified in the above embodiments may be implemented such that their positions and types differ depending on the logic state of the input signal.
310 電流生成部
330 電流制御部
332 制御信号生成部
334 電流調整部
350 メモリセルアレイ
310
Claims (15)
所定の大きさの読出し電流を生成して前記複数のメモリセルに供給し、前記データに応じた前記読出し電流の変化量をデータ電流として生成する電流生成手段と、
前記読出し電流の電流経路上に接続され、温度情報に応じて前記読出し電流の電流量を制御する電流制御手段と、
を備えることを特徴とする半導体メモリ装置。 A plurality of memory cells storing logic state data corresponding to directions of currents flowing through the first drive line and the second drive line;
Current generation means for generating a read current of a predetermined magnitude and supplying the read current to the plurality of memory cells, and generating a change amount of the read current according to the data as a data current;
Current control means connected on the current path of the read current and controlling the amount of the read current according to temperature information;
A semiconductor memory device comprising:
前記温度情報に対応する電流制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記電流制御信号に応答して前記読出し電流の電流量を調整する電流調整部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。 The current control means is
A control signal generator for generating a current control signal corresponding to the temperature information;
A current adjustment unit that adjusts the amount of the read current in response to the current control signal;
The semiconductor memory device according to claim 1, comprising:
前記温度情報に対応する選択信号を生成する選択信号生成部と、
複数のバイアス電圧を生成する電圧生成部と、
前記選択信号に応じて前記複数のバイアス電圧のいずれか1つを前記電流制御信号として出力する多重化部と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の半導体メモリ装置。 The control signal generator is
A selection signal generator for generating a selection signal corresponding to the temperature information;
A voltage generator for generating a plurality of bias voltages;
A multiplexing unit that outputs any one of the plurality of bias voltages as the current control signal in response to the selection signal;
The semiconductor memory device according to claim 3, further comprising:
アドレス信号に応答してスイッチング動作を行うスイッチング部と、
前記スイッチング部に接続された磁気トンネル接合素子と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。 Each of the plurality of memory cells is
A switching unit that performs a switching operation in response to an address signal;
A magnetic tunnel junction element connected to the switching unit;
The semiconductor memory device according to claim 1, comprising:
所定の大きさの読出し電流を生成して前記複数のメモリセルに供給し、前記データに応じた前記読出し電流の変化量をデータ電流として生成するセル電流生成手段と、
前記読出し電流の電流経路上に接続され、温度情報に応じて前記読出し電流の電流量を制御する電流制御手段と、
基準ソースライン及び基準ビットラインに流れる電流の方向に対応する論理状態の基準データを格納する複数の基準メモリセルグループと、
所定の大きさの電流を生成して前記複数の基準メモリセルに供給し、前記基準データに対応する基準電流を生成する基準電流生成手段と、
前記基準電流生成手段から前記複数の基準メモリセルに供給される前記電流を、前記温度情報に応じて制御する基準電流制御手段と、
前記データ電流と前記基準電流とを感知して増幅する感知増幅手段と、
を備えることを特徴とする半導体メモリ装置。 A plurality of memory cells storing logic state data corresponding to the direction of current flowing in the source line and the bit line;
Cell current generating means for generating a read current of a predetermined magnitude and supplying the read current to the plurality of memory cells, and generating a change amount of the read current according to the data as a data current;
Current control means connected on the current path of the read current and controlling the amount of the read current according to temperature information;
A plurality of reference memory cell groups storing reference data of a logic state corresponding to the direction of current flowing in the reference source line and the reference bit line;
A reference current generating means for generating a current of a predetermined magnitude and supplying the current to the plurality of reference memory cells, and generating a reference current corresponding to the reference data;
Reference current control means for controlling the current supplied from the reference current generating means to the plurality of reference memory cells according to the temperature information;
Sensing amplification means for sensing and amplifying the data current and the reference current;
A semiconductor memory device comprising:
前記基準ソースライン及び前記基準ビットラインを前記基準データに対応する電圧で駆動する第2書込み駆動手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置。 First write driving means for driving the source line and the bit line with a voltage corresponding to the data;
Second write driving means for driving the reference source line and the reference bit line with a voltage corresponding to the reference data;
The semiconductor memory device according to claim 7, further comprising:
前記温度情報に応じて、前記読出し電流の電流量、もしくは前記複数の基準メモリセルに供給される前記電流の電流量を調整する電流調整部を備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置。 Each of the current control means and the reference current control means is
The semiconductor device according to claim 7, further comprising: a current adjusting unit that adjusts a current amount of the read current or a current amount supplied to the plurality of reference memory cells according to the temperature information. Memory device.
前記温度情報に対応する選択信号を生成する選択信号生成部と、
複数のバイアス電圧を生成する電圧生成部と、
前記選択信号に応じて前記複数のバイアス電圧のいずれか1つを前記電流制御信号として出力する多重化部と、
を備えることを特徴とする請求項10に記載の半導体メモリ装置。 The control signal generator is
A selection signal generator for generating a selection signal corresponding to the temperature information;
A voltage generator for generating a plurality of bias voltages;
A multiplexing unit that outputs any one of the plurality of bias voltages as the current control signal in response to the selection signal;
The semiconductor memory device according to claim 10, comprising:
アドレス信号に応答してスイッチング動作を行うスイッチング部と、
前記スイッチング部に接続された磁気トンネル接合素子と、
を備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置。 Each of the plurality of memory cells is
A switching unit that performs a switching operation in response to an address signal;
A magnetic tunnel junction element connected to the switching unit;
The semiconductor memory device according to claim 7, comprising:
アドレス信号に応答してスイッチング動作を行う第1スイッチング部及び第2スイッチング部と、
前記第1スイッチング部に接続された第1磁気トンネル接合素子と、
前記第2スイッチング部に接続された第2磁気トンネル接合素子と、
を備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置。 Each of the plurality of reference memory cell groups is
A first switching unit and a second switching unit that perform a switching operation in response to an address signal;
A first magnetic tunnel junction element connected to the first switching unit;
A second magnetic tunnel junction element connected to the second switching unit;
The semiconductor memory device according to claim 7, comprising:
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